blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-10-836-841blackmet-1999Research ArticleЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕECOLOGY AND RATIONAL USE OF NATURAL RESOURCESThe use of carbon-containing wastes of aluminum production in ferrous metallurgyThe use of carbon-containing wastes of aluminum production in ferrous metallurgyКузьминМ. П.Kuz’minM. P.

к.т.н., доцент кафедры «Металлургия цветных металлов», зам. заведующего кафедрой «Металлургия легких металлов», научный сотрудник инновационно-технологического центра

664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Non-Ferrous Metallurgy”, Deputy Head of the Chair “Metallurgy of Light Metals”, Research Associate of Innovation and Technology Center

83 Lermontov str., Irkutsk, 664074, Russia

КузьминаМ. Ю.Kuz’minaM. Yu.

к.т.н., доцент кафедры «Металлургия цветных металлов»

664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Non-Ferrous Metallurgy”

83 Lermontov str., Irkutsk, 664074, Russia

kuzmina.my@yandex.ruДжиа Ку. Ран.Jia Q. Ran.

PhD, доцент колледжа мехатроники и управления

518060, Китай, провинция Гуан Донг, Шеньжень, пр. Наньхай, 3688

PhD, Assist. Professor of College of Mechatronics and Control Engineering

3688, Nanhai Ave., Shenzhen, Guang Dong Province, 518060, China

 

КузьминаА. С.Kuz’minaA. S.

к.ф.-м.н., научный руководитель лаборатории физических свойств микро- и наноструктур

664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Cand. Sci. (Phys.–Math.), Head of the Laboratory “Physical Properties of Micro- and Nanostructures”

83 Lermontov str., Irkutsk, 664074, Russia

 

БурдоновА. Е.BurdonovA. E.

к.т.н., научный руководитель лаборатории обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды

664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory “Mineral Processing and Environmental Protection”

83 Lermontov str., Irkutsk, 664074, Russia

Иркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationШэньчжэньский университетКитайShenzhen UniversityChina2020101220206310836841Copyright © Кузьмин М.П., Кузьмина М.Ю., Джиа Ку. Ран .., Кузьмина А.С., Бурдонов А.Е., 20202020Кузьмин М.П., Кузьмина М.Ю., Джиа Ку. Ран .., Кузьмина А.С., Бурдонов А.Е.Kuz’min M.P., Kuz’mina M.Y., Jia Q. Ran .., Kuz’mina A.S., Burdonov A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1999

Представлены наиболее масштабные виды отходов алюминиевого производства (отработанные катодные блоки электролизеров, пыль газоочистки, шламы газоочистки, хвосты флотации угольной пены). Обозначены объемы их накопления и акцентировано внимание на необходимости их утилизации для улучшения экологической обстановки прилегающих к предприятиям территорий. Определены специфические характеристики образовавшихся отходов, указывающие на возможность их вторичного использования и перевода из разряда отходов в побочные продукты. Рассмотрены возможности переработки, проведен обзор существующих по данному направлению технических решений, а также объяснены причины, препятствующие их реализации. Определены наиболее перспективные способы переработки отходов, реализацию которых можно произвести в существующих экономических условиях. Отработанные катодные блоки могут быть использованы на предприятиях черной металлургии (в доменных печах и конвертерах) в качестве замены дорогостоящего кокса и плавикового шпата, а мелкодисперсные отходы – на предприятиях цементной промышленности. Обозначены направления, которые в будущем позволят существенно увеличить объемы переработки, повысить востребованность указанных отходов алюминиевой промышленности в технологических переделах черной металлургии. Несмотря на то, что особое внимание уделено перспективам сотрудничества алюминиевых заводов с предприятиями черной металлургии, показаны примеры уже внедренных решений по совершенствованию сырьевой базы в других смежных отраслях промышленности.

The article discusses the prospects of recycling the most massive wastes of aluminum production (namely, used cathode blocks of electrolyzers, gas treatment dust, gas treatment residue, and flotation tailing). It have been indicated the volumes of wasteaccumulation and a special attention has been focused on the need of their disposal with a view to improve the environmental conditions of the territories adjacent to the industrial zones. Specific characteristics of the generated waste have been determined, which indicate the possibility of their secondary use and transfer from waste to by-products.Existing technical solutions relevant to the issue have been reviewed, and the reasons preventing their implementation have been explained. The most promising methods of waste processing to be carried out successfully in the current economic conditions have been identified. Spent cathode blocks can be used at ferrous metallurgy enterprises (in blast furnaces and converters) as a substitute for expensive coke and fluorspar, and finely dispersed waste can be used at cement enterprises. The areas have been determined that in the future will significantly increase the volume of processing and the demand for these wastes of the aluminum industry in technological processes of ferrous metallurgy. The possibilities for cooperation between aluminum refineries and ferrous metallurgy enterprises, as well as other related industries, were emphasized in detail.

алюминиевое производствоотходыпыль электрофильтровшлам газоочисткихвосты флотациикатодная футеровкапроизводство цементаaluminum productionwasteelectrofilter dustgas treatment residueflotation tailingscathode liningcement productionThe research was financially supported by the grant for scientific and pedagogical collectives of Irkutsk National Research Technical University (project number 02-fpk-19).ReferencesКуликов Б.П. Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства – СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2004. – 477 с.Kulikov B.P. Istomin S.P. Pererabotka otkhodov alyuminievogo proizvodstva [Aluminum Waste Recycling]. SPb.: Izd-vo MANEB, 2004, 477 p. (In Russ.).Кондратьев В.В., Ржечицкий Э.П., Шахрай С.Г. и др. Переработка отработанной углеграфитовой футеровки электролизеров с регенерацией фтористого алюминия // Металлург. 2016. № 6. С. 28 – 31.Kondrat’ev V.V., Rzhechitskii E.P., Shakhrai S.G., Karlina A.I., Sysoev I.A. Recycling of electrolyzer spent carbon-graphite lining with aluminum fluoride regeneration. Metallurgist. 2016, no. 5−6, pp. 571−575.Gu Yanxin etc. Recycling and re-use of a spent cell base: Practice of usage in China // Light Metals. 1994. No. 5. P. 269 – 273.Gu Yanxin etc. Recycling and re-use of a spent cell base: Practice of usage in China. Light Metals. 1994, no. 5, pp. 269–273.Борисоглебский Ю.В., Безруков В.А., Ветюков М.М. Влияние добавок отработанной футеровки алюминиевых электролизеров в анодную массу на расход анода // Цветные металлы. 1996. № 8. С. 37 – 39.Borisoglebskii Yu.V., Bezrukov V.A., Vetyukov M.M. Effect of additives of aluminum electrolyzers spent lining to anode mass on anode consumption. Tsvetnye metally. 1996, no. 8, pp. 37–39. (In Russ.).Куликов Б.П., Баринов В.В., Николаев М.Д. и др. Утилизация фторсодержащих отходов алюминиевого производства в цементной промышленности // Экология и промышленность Рос- сии. 2010. № 5. С. 4 – 6.Kulikov B.P., Barinov V.V., Nikolaev M.D., Pyrkova I.V., Shuvalova S.A. Disposal of fluorine-containing waste from aluminum production in cement industry. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii. 2010, no. 5, pp. 4–6. (In Russ.).Кондратьев В.В., Немчинова Н.В., Иванов Н.А. и др. Новые технологические решения по переработке отходов кремниевого и алюминиевого производств // Металлург. 2013. № 5. С. 92 – 95.Kondrat’ev V.V., Nemchinova N.V., Ivanov N.A., Ershov V.A., Sysoev I.A. New production solutions for processing silicon and aluminum production waste. Metallurgist. 2013, no. 5–6, pp. 455−459.Куликов Б.П., Николаев М.Д., Кузнецов А.А. и др. Получение клинкера с использованием минерализатора на основе фторсодержащих отходов // Цемент и его применение. 2010. № 2. С. 102 – 105.Kulikov B.P., Nikolaev M.D., Kuznetsov A.A., Barinov V.V., Pyrkova I.V. Obtaining clinker using a fluorine-based waste mineralizer. Tsement i ego primenenie. 2010, no. 2, pp. 102–105. (In Russ.).Kuz’min M.P., Larionov L.M., Kondratiev V.V. etc. Use of the burnt rock of coal deposits slag heaps in the concrete products manufacturing // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 179. Р. 117 – 124.Kuz’min M.P., Larionov L.M., Kondratiev V.V., Kuz’mina M.Yu., Grigoriev V.G., Kuz’mina A.S. Use of the burnt rock of coal deposits slag heaps in the concrete products manufacturing. Construction and Building Materials. 2018, vol. 179, pp. 117–124.Nath S.K., Sanjay Kumar. Evaluation of the suitability of ground granulated silico-manganese slag in Portland slag cement // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 125. P. 127 – 134.Nath S.K., Sanjay Kumar. Evaluation of the suitability of ground granulated silico-manganese slag in Portland slag cement. Construction and Building Materials. 2016, vol. 125, pp. 127–134.Davoud Tavakoli, Amir Tarighat. Molecular dynamics study on the mechanical properties of Portland cement clinker phases // Computational Materials Science. 2016. Vol. 119. P. 65 – 73.Davoud Tavakoli, Amir Tarighat. Molecular dynamics study on the mechanical properties of Portland cement clinker phases. Computational Materials Science. 2016, vol. 119, pp. 65–73.Brough D., Jouhara H. The aluminium industry: A review on stateof- the-art technologies, environmental impacts and possibilities for waste heat recovery // Int. Journal of Thermofluids. 2020. Vol. 1 – 2. Article 100007.Brough D., Jouhara H. The aluminium industry: A review on stateof-the-art technologies, environmental impacts and possibilities for waste heat recovery. Int. Journal of Thermofluids. 2020, vol. 1−2, article 100007.Назюта Л.Ю., Старовойт А.Г. Анализ сырьевой базы металлургического производства // Металлургия и коксохимия. 1979. Вып. 63. С. 19 – 22.Nazyuta L.Yu., Starovoit A.G. Analysis of the raw material base of metallurgical production. Metallurgiya i koksokhimiya. 1979, no. 63, pp. 19–22. (In Russ.).Демидов К.Н. Предварительный нагрев лома в конвертере кусковым углеродсодержащим топливом // Сталь. 1987. № 5. С. 27 – 30.Demidov K.N. Preliminary heating of scrap in converter with cobbed carbon-containing fuel. Stal’. 1987, no. 5, pp. 27–30. (In Russ.).Agrawal A., Sahu K.K., Pandey B.D. Solid waste management in non-ferrous industries in India // Resources, Conservation and Recycling. 2004. Vol. 42. No. 2. P. 99 – 120.Agrawal A., Sahu K.K., Pandey B.D. Solid waste management in non-ferrous industries in India. Resources, Conservation and Recycling. 2004, vol. 42, no. 2, pp. 99–120.Кузьмина М.Ю., Кузьмин П.Б. О производстве чушек первичных силуминов, модифицированных стронцием // Литейное производство. 2014. № 8. С. 2 – 5.Kuz’mina M.Yu., Kuz’min P.B. On the production of ingots of primary silumin modified by strontium. Liteinoe proizvodstvo. 2014, no. 8, pp. 2–5. (In Russ.).Анфилогова Л.А., Белоусова О.В., Кузьмина М.Ю., Богидаев С.А. Эффективные технологии при переработке редкоземельного сырья и материалов // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2005. № 2. С. 17 – 21.Anfilogova L.A., Belousova O.V., Kuz’mina M.Yu., Bogidaev S.A. Effective technologies in processing of rare earth raw materials. Tsvetnaya metallurgiya, 2005, no 2, pp. 17–21. (In Russ.).Fedorov S.N., Kurtenkov R.V., Vasiliev V.V. Stabilization TiO2 anatase by F-ion doping for solar panel producing // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1124. No. 4. Article 041026.Fedorov S.N., Kurtenkov R.V., Vasiliev V.V. Stabilization TiO2 anatase by F-ion doping for solar panel producing. Journal of Physics: Conference Series. 2018, vol. 1124, no. 4, article 041026.Kondratiev V.V., Rzhechitskiy E.P., Bogdanov Y.V. etc. Technology of the thermal extraction of fluorosols from spent refractory lining // Int. Journal of Applied Engineering Research. 2017. Vol. 12. No. 23. P. 13812 – 13819.Kondratiev V.V., Rzhechitskiy E.P., Bogdanov Y.V., Sysoev I.A., Karlina A.I. Technology of the thermal extraction of fluorosols from spent refractory lining. Int. Journal of Applied Engineering Research. 2017, vol. 12, no. 23. pp. 13812–13819.Gorlanov E.S., Bazhin V.Yu., Fedorov S.N. Carbide formation at a carbon-graphite lining cathode surface wettable with aluminum // Refractories and Industrial Ceramics. 2016. Vol. 57. No. 3. P. 292 – 296.Gorlanov E.S., Bazhin V.Yu., Fedorov S.N. Carbide formation at a carbon-graphite lining cathode surface wettable with aluminum. Refractories and Industrial Ceramics. 2016, vol. 57, no. 3, pp. 292–296.Florentino-Madiedo L., Díaz-Faes E., Barriocanal C. Reactivity of biomass containing briquettes for metallurgical coke production // Fuel Processing Technology. 2019. Vol. 193. P. 212 – 220.Florentino-Madiedo L., Díaz-Faes E., Barriocanal C. Reactivity of biomass containing briquettes for metallurgical coke production. Fuel Processing Technology. 2019, vol. 193, pp. 212–220.Zenkov E.V., Tsvik L.B. The formation of differently directed test forces and experimental evaluation of material strength under biaxial stretching // PNRPU Mechanics Bulletin. 2018. No. 1–2. P. 71 – 76.Zenkov E.V., Tsvik L.B. The formation of differently directed test forces and experimental evaluation of material strength under biaxial stretching. PNRPU Mechanics Bulletin. 2018, no. 1–2, pp. 71–76.Jagmeet Singh, Singh S.P. Geopolymerization of solid waste of non-ferrous metallurgy – A review // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 251. Article 109571.Jagmeet Singh, Singh S.P. Geopolymerization of solid waste of nonferrous metallurgy – A review. Journal of Environmental Management. 2019, vol. 251, article 109571.Zenkov E.V. Update of the equations of the limit state of the structural material with the realization of their deformation // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 944. Article UNSP012128.Zenkov E.V. Update of the equations of the limit state of the structural material with the realization of their deformation. Journal of Physics: Conference Series. 2017, vol. 944, article UNSP012128.Zenkov E.V., Tsvik L.B. Increasing the reliability the combined criteria of the static strength of a material of complexly loaded deformable structures // Materials Physics and Mechanics. 2018. Vol. 40. No. 1. P. 124 – 132.Zenkov E.V., Tsvik L.B. Increasing the reliability the combined criteria of the static strength of a material of complexly loaded deformable structures. Materials Physics and Mechanics. 2018, vol. 40, no. 1, pp. 124–132.Diez M.A., Alvarez R., Cimadevilla J.L.G. Briquetting of carboncontaining wastes from steelmaking for metallurgical coke production // Fuel. 2013. Vol. 114. P. 216 – 223.Diez M.A., Alvarez R., Cimadevilla J.L.G. Briquetting of carboncontaining wastes from steelmaking for metallurgical coke production. Fuel. 2013, vol. 114, pp. 216–223.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.